面试题：并发与同步：死锁检测与避免策略

Question

在一个多线程操作系统环境中，由于线程对共享资源的竞争，可能会产生死锁。请详细阐述死锁产生的四个必要条件，以及至少两种死锁检测和避免的策略，并说明每种策略在实际应用中的优缺点。

Answer 1

死锁产生的四个必要条件

1. 互斥条件：资源在某一时刻只能被一个线程所占有。例如打印机资源，同一时间只能被一个进程使用。
2. 占有并等待条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。如线程A已获得资源R1，又请求资源R2，在等待R2时，不释放R1。
3. 不可剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被其他线程强行剥夺，只能由该线程自己释放。例如一个线程正在使用的文件资源，其他线程不能强行抢夺。
4. 循环等待条件：若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。比如线程A等待线程B占有的资源，线程B等待线程C占有的资源，而线程C又等待线程A占有的资源，形成一个循环。

死锁检测策略

1. 资源分配图算法
   • 优点：能够准确地检测出系统是否处于死锁状态。可以清晰地展示线程与资源之间的关系，直观地判断死锁情况。
   • 缺点：算法复杂度较高，对于大型复杂系统，检测效率较低。每次检测都需要遍历整个资源分配图，消耗大量系统资源。

死锁避免策略

1. 银行家算法
   • 优点：可以有效避免死锁的发生，在资源分配前进行安全性检查，确保系统始终处于安全状态。能够充分利用系统资源，提高资源利用率。
   • 缺点：需要预先知道每个线程对资源的最大需求量，在实际应用中，这往往难以准确预测。算法实现较为复杂，增加了系统开销。
2. 资源分配拒绝策略
   • 优点：实现相对简单，在资源分配时，只要发现可能导致死锁的分配请求，就拒绝该请求。对系统资源的动态变化适应性较好。
   • 缺点：可能会导致某些线程长期得不到资源，出现“饥饿”现象。可能会因为过度拒绝资源分配请求，降低系统资源的利用率。